摘要：多塔连跨悬索桥是公认的实现较长超越的最好编制，也是全球桥梁界梦寐以求的桥型。可以估计，在泰州长江公路大年夜桥打响“第一枪”后，“多塔连跨”这类桥型必然会在国表里愈来愈多地出现；“多塔连跨悬索布局及工程示范”科技撑持打算所作的供献必造福国际桥梁界。

泰州大年夜桥

　　今天，跟着国度“十一五”科技撑持打算“多塔连跨悬索布局及工程示范”的顺利验收，我国桥梁的自立立异再次向前迈出了坚实一步。中国桥梁这张“立异手刺”也越擦越亮。
　　多塔连跨悬索桥是公认的实现较长超越的最好编制，也是全球桥梁界梦寐以求的桥型。可以估计，在泰州长江公路大年夜桥打响“第一枪”后，“多塔连跨”这类桥型必然会在国表里愈来愈多地出现；“多塔连跨悬索布局及工程示范”科技撑持打算所作的供献必造福国际桥梁界。
　　鼎新开放三十多年的实践证实，作为根本性、先导性行业，交通根本举措措施的不竭成长为人们出行供给了便当前提，更加经济起飞展就了跑道。桥梁作为架起来的路，横跨江河、飞越峡谷，打通了根本举措措施收集的各个“关节”，功不成没。
　　一样是鼎新开放以来的三十多年，伴跟着路网的不竭延长，桥梁工程一步步向艰巨险阻区域“挺进”，一座座千米级大年夜跨径桥梁崛起在大年夜江、大年夜河、大年夜峡谷之上。可以说，颠末这些年的大年夜范围扶植，“剩下的都是难啃的硬骨头”。
　　今天，实现“中国梦”的期间号角已吹响。在东部沿海，“区域经济一体化”呼喊着更多跨海连岛工程的呈现；在西部地区，“西部大年夜开辟”计谋的实施，要求桥梁工程向更深、更宽阔的峡谷挺进……面对国强平易近富的成长主题、面对大年夜跨径的实际需要、面对复杂地质的艰巨险阻，可以说，实现超越是桥梁界的天然任务，而依托科技立异则是桥梁成长的独一路径。
　　在全球经济一体化的鞭策下，本土之间、国度乃至洲际之间的交通需求一日千里，桥梁工程的扶植需求慢慢由超越大年夜江大年夜河、河口宽阔水域，向近海连岛工程、超越海峡等更宽阔广大奔放的水域成长，这对桥梁超越能力提出了要求。
　　“以往首要经由过程增大年夜跨径的编制来实现桥梁的超长超越，但此刻已愈来愈多地遭到来自布局材料、施工手艺、安然风险等方面的严重挑战，难以知足不竭增加的桥梁超长超大年夜超越能力的需求，必需寻求新的适应桥型。”交通运输部公路科学研究院副院长阐发说，“当桥要实现超长超越时，凡是有两种编制可以实现：一是仅采取长桥的编制；二是采取一座大年夜跨度主桥（悬索桥或斜拉桥）和一系列长桥相连络的编制。”
　　在这两种编制中，因为长桥段每跨的跨度较小，所以其桥墩和根本的数量较多，响应的造价也较高；假定水域较深且又环境卑劣，那么下部布局的施工可能会碰着很大年夜的乃至是不成降服的坚苦，这时候需要的是桥梁持续大年夜跨度安插的情势。
　　“今朝，悬索桥的单一成熟跨度已达到1500米以上，而斜拉桥的经济跨度一般不超越1000米。”据体味，当跨度超越1200米时，悬索桥是公认的最有竞争力的一种桥型，所以桥梁工程师就采取两三座传统悬索桥并列在一路，经由过程共用锚碇而前后相连的编制来完成超越。
　　全球已有三座闻名的大年夜桥采取了这类编制：一是1936年美国建成的旧金山奥克兰西海湾大年夜桥，由两座孪生悬索桥相连；二是1988年日本建成的南北备赞濑户大年夜桥，由南备赞大年夜桥与北备赞大年夜桥相连；三是1998年日本建成的来岛海峡大年夜桥，由3座不合悬吊情势的悬索桥相连。
　　可是，这类看似很美的布局情势却有着“致命”缺点：起码增加了一个中部锚碇，这不但施工坚苦和造价昂扬，并且对水域航道强迫划分和占用，对航运要道造成晦气影响。
　　可否往掉落共用锚碇，直接建造三塔乃最多塔的连跨悬索桥呢？自上个世纪以来，全球桥梁界向这个方针倡议了冲击。
　　上个世纪上半叶以来，全球对多塔连跨悬索桥进行了小跨度的测验测验，国外已有相干工程实例，但仅限于中小跨度，最大年夜跨度仅为210米。
　　在欧洲，已有多座小跨度多塔连跨悬索桥，以位于法国中部的两座桥梁最为典型：一座是1937年建成的Chateauneuf 桥（四塔五跨悬索桥），桥跨安插为（49.15+3×59.50+49.15）米。另外一座是1951年建成的Chatillon桥（三塔四跨悬索桥），桥跨安插为（92+2×76+92）米。
　　在日本，1961年建成的小叫门桥（三塔四跨悬索桥），桥跨安插为（70.6+2×160+50.8）米；别的，1965年，在莫桑比克自力前由其宗主国葡萄牙设计并建造的Save桥是第一座四塔五跨悬索桥，桥跨安插为（110+3×210+110）米。
　　上述小跨径的桥梁没法真正阐扬多塔连跨桥型的优势，桥梁界一向希看向千米级的多塔连跨悬索桥“挺进”。自上个世纪六七十年代以来，一些大年夜桥在设计阶段，屡屡闪现过量塔连跨悬索桥的“背影”。
　　在美国，旧金山奥克兰西海湾大年夜桥的初步设计阶段，就有人提出过三塔四跨悬索桥方案，桥跨安插为（393+2×1036+393）米，缘于工程师对传统悬索桥的熟谙而最终选择了共用锚碇的情势。
　　墨西拿海峡是地中海的一个海峡，位于意大年夜利与西西里岛之间，海峡宽3.3千米，水深120米，海峡底有断层，属于强烈地动带。当然坚苦重重，可是建造一座联系亚平宁半岛与西西里岛的跨海大年夜桥，一向都是意大年夜利人的胡想，有人就提出了公铁两用三塔两跨悬索桥方案。
　　直布罗陀海峡是隔断距离欧非大年夜陆的天堑，位于西班牙与摩洛哥之间，连接地中海和大年夜西洋，在三条可能的架桥线路中，有一条长仅14千米，但水深超越800米。早在1984年，就有人针对这一线路提出了三塔四跨悬索桥方案，桥跨安插为（2500+2×5000+2500）米，但也未能付诸实施。
　　“概况上看，比拟于传统的两塔悬索桥，多塔悬索桥只是塔数、跨数增多。事实上，这一改变是桥梁布局情势的完全‘倾覆’。”交通运输部公路科学研究院副院长介绍说，多塔悬索桥在布局上存在的最大年夜坚苦是，若何合理设计整体布局的纵向抗弯刚度。不深切熟谙这一核心标题问题，悬索布局应有的超越能力就没法阐扬出来。
　　揭露多塔连跨悬索桥的“脾气”
　　与传统两塔悬索桥比拟，因为多塔连跨悬索桥增加了中间塔，其布局特点与受力环境产生“倾覆式”改变。项目起首需要揭露多塔连跨悬索桥的布局机能。
　　在项目课题一“多塔连跨悬索桥布局系统与布局机能研究”的撑持下，交通运输部公路科学研究院副院长张劲泉带领团队成功破解了这一坚苦，并构成了成套理论。
　　阐发多塔连跨悬索桥布局系统，可分为两个层次：一个是最根本的三塔两跨悬索桥，只有阐发清晰了“三塔两跨”桥型，才能递增中间塔数量；另外一个是四塔及以上的悬索桥布局系统，跟着中间塔的增多，因为塔与塔之间的彼此感化，中塔效应会闪现减弱趋势，布局系统会愈来愈趋同。
　　关头是要肯定甚么时辰中塔效应最强烈。在大年夜量仿真摹拟的根本上，课题组发现，四塔悬索桥的“双中塔效应”最强，而设置三个及三个以上中间塔时，与双中塔几近无异，之掉队行的缩尺模型实验也证实了这一结论。
　　这一发现意义重大年夜。据此，课题组把“多塔连跨”系统研究“化简”为三种系统的研究，即“三塔两跨”、“四塔三跨”和“五塔四跨”。
　　那么全部桥梁系统与哪些参数有关呢？课题组发现，千米级多塔连跨悬索桥的布局系统与跨度比、垂跨比、塔顶高差、中间塔刚度等参数相干。针对这些参数，课题组别离给出了合理的取值范围。
　　为包管安然性，泰州大年夜桥必需进行抗风和抗震设计。课题组得出了多塔连跨悬索桥主梁在中间塔位置设置弹性索束缚系统更有益于布局抗震的结论；提出了“持续系统（漂浮布局）+弹性索”的抗震适合系统，并研发了防落梁抗震装配；提出了基于机能的多塔连跨悬索桥抗风设计编制、流程和评价指标。
　　别的，课题组还编制了《三塔两跨悬索桥设计指南》、《三塔两跨悬索桥设计示例》等，成立了跨径1000米以上的三塔两跨悬索桥设计规范系统，包含材料、感化、整体设计、整体计较、桥塔、缆索系统、抗风设计和抗震设计等内容。
　　踏准中塔“刚柔均衡点”
　　桥梁的全部别系肯定了，接下来要霸占的是中间塔的设计与施工坚苦。在项目课题二“多塔连跨悬索桥中间塔关头手艺研究”的撑持下，泰州大年夜桥扶植批示部总工程师吉林带领团队解决了这一坚苦。
　　“中间塔既不克不及太刚，也不克不及太柔，若何踏准刚与柔的均衡点，是难点地点。”吉林诠释说，中间塔必需具有必然的柔度，即当悬索桥的主梁受力不均衡时，中塔能随之进行恰当的摆布扭捏。傍边间塔过于“刚硬”不克不及摆动时，主梁一边受力过大年夜，主缆可能与中间塔产生相对滑移。
　　当然，中间塔也不克不及太柔，不然晦气于大年夜桥系统的不变性、车辆行驶的舒适性。
　　颠末复杂的数学建模和模型实验后，课题组最终找到了“刚柔相济”的均衡点。当车行驶在泰州大年夜桥上时，主梁的上下位移幅度不超越跨径的千分之四。
　　均衡点找到了，该若何建这个中塔呢？在以往的工程案例中，假定要包管塔的柔度，需要建“1”字形塔，假定要包管塔的刚度，需要建“A”字形塔。为知足泰州大年夜桥的特别需求，扶植者们提出了二者相连络的思路，即“人”字形塔。经由过程不竭改变塔身的分叉点高度和塔底的分叉量，课题组在大年夜量计较和模型实验的根本上，最终肯定了中塔的设计参数。据体味，纵向“人”字形塔在国内尚属初创。
　　“主缆与鞍座的固定首要依托静摩擦力。”吉林说，中间塔的坚苦还表此刻主缆与中塔鞍座的抗滑设计上。今朝，国表里针对主缆与鞍座抗滑的研究根基都基于单索股，或是多索股但钢丝直径较小的环境。为准确评估中间钢塔鞍座与大年夜直径主缆的抗滑安然，课题组在大年夜量实验的根本上，提出了多索股主缆与鞍座间名义摩擦系数的计较编制。
　　“我们提出的新计较编制，除考虑竖向压力与束股拉力外，还兼顾索力对鞍座侧向挤压的影响，这一立异已不局限于桥梁，而是对全部土木工程学科抗滑设计的供献。”吉林说。
　　钢桥面上展“可伸缩”沥青层
　　桥梁的布局系统肯定了，在钢桥面板上若何展装沥青层呢？
　　较为常见的是在道路上展设沥青，不但有路基层的撑持，并且路面本身不等闲产生曲折。但对泰州大年夜桥进行沥青展装时，环境产生了很大年夜改变：一是泰州大年夜桥主梁上是钢板撑持，不是路基层撑持；二是三塔两跨悬索桥更具有柔度，当桥梁受非平均漫衍的荷载时，主梁本身会产生位移与曲折，展筑在其上的沥青层必需具有必然的伸缩机能；三是钢桥面更等闲受温度影响，室外温度达到40摄氏度时，钢箱梁的温度将达到70摄氏度，钢桥面上沥青的耐热性要求远弘远年夜于路面。
　　在项目课题三“超大年夜跨持续大年夜柔度桥道系布局行动特点及其展装关头手艺研究”的撑持下，这一坚苦也被降服。
　　今朝国内钢桥面展装的两大年夜主流材料：一是以欧洲为代表的“浇筑式沥青混凝土”，其优势是密水性强，能禁止雨水渗入到钢板；追从机能好，随钢板产生更从变形能力强。二是以美国为代表的“环氧沥青混凝土”，其优势是强度高、抗怠倦机能好。
　　因为泰州大年夜桥是千米级的三塔两跨悬索桥，柔度大年夜大年夜超越一般的桥梁，加上中国的交通荷载量大年夜于国外。泰州大年夜桥简单采取上述两种材料，均不是抱负的选择。可否将两种材料进行组合，各取优势？
　　颠末大年夜量改进和比选后，课题组研发了“基层浇注+上层环氧”的展装布局。这一立异，对我国长大年夜超越钢箱梁桥设计颇具参考价值。“前前后后，我们总共进行了近十种组合方案的复合布局实验，延续了两年时候。”钱振东说。
　　“这一工艺在国内尚属初次利用。”钱振东弥补道。因为这个展装布局是初次采取，有了设计方案，还必需具有同化料出产工艺和展装工艺。东南大年夜学桥面展装科研团队结合施工方中交二公局三公司对同化料的制备编制、大年夜批量出产工序进行了优化，进步了沥青同化料出产质量。
　　■链接一
　　“跨国之约”
　　在8月30日召开的项目验收会上，验收专家组组长、交通运输部原总工程师凤懋润动情地回想了本世纪之初的一次“跨国之约”。
　　2001年，时任国务院总理的朱镕基拜候印尼，在闲谈桌上，印尼总统梅加瓦蒂提出了一个***闲谈时没有提到过的议题——希***帮忙印尼建筑连接苏门答腊岛和爪哇岛中间的巽他海峡的通道工程。巽他海峡宽35千米，中间有一个小岛把海峡分成两个航道，水深80米到100米，并且距桥位4千米的处所有水下活火山。日本工程公司曾为这一工程做过量年的前期工作研究，拟定的超越方案之一便是建筑2座三塔两主跨（2×2500米）的悬索桥。
　　朱镕基回国后一个礼拜，中邦交通部手艺代表团即赴印尼现场考查。中国与印尼两边达成的共叫是：“巽他海峡工程是21世纪对全球土木工程界的挑战。像如许的超等海峡工程做10年、20年、30年、40年的前期工作都不为过，此刻中国和印尼两国工程手艺人员联袂工作。”两边于次年签订了相干和谈。
　　十多年过往了。今天，全球首坐千米级多塔连跨悬索桥在中华大年夜地出世，为巽他海峡工程的建筑进一步奠定了手艺根本。
　　■链接二
　　三塔两跨优势：安然、经济、生态
　　据体味，采取‘三塔两跨’悬索桥方案，在安然性、生态性、经济性三个方面均产生了深远意义。
　　就安然性而言，三塔悬索桥江中只设有一个主墩，采取沉井根本，其本身防撞能力很强，并且将中塔沉井下沉时姑且设置的上下流定位锚墩改革成永久性防撞墩，进一步进步了中塔防撞能力。
　　就生态性而言，当水中有大年夜型人工机关物后，水流的流向和速度城市产生改变，影响本身原本的均衡。泰州大年夜桥桥位处河床断面形态呈典型的“W”形，大年夜桥的中塔正好设置在“W”的中间顶点，大年夜幅削减了资本占用，确保了中华鲟、白鲟等水生野活泼物有保存繁衍的杰出场合，做到了对大年夜天然的影响和粉碎最小。
　　就经济性而言，与传统的两塔单主跨悬索桥比拟，多塔连跨方案可大年夜幅降落主缆和锚碇受力，减小构件尽对尺寸，实现薄弱衰弱地基上的特大年夜跨径桥梁扶植，并节流工程费用。按照测算，与两塔单主跨悬索桥比拟，泰州大年夜桥节流投资约1.5亿元。今朝泰州大年夜桥通航净空高度达50米，可知足5万吨级巴拿马散装货轮的通航需求。
　　■链接三
　　产学研的牵手合作
　　项目研究触及3个课题、13个子课题，研究范围广、触及学科多、攻坚难度大年夜。为有效展开科研，项目调集产学研各个方面的力量，包含了11家单位。